農(nóng)業(yè)院校工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

羅 霞 羅 闊 李 震 劉洪山 謝家興 代秋芳

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，廣東 廣州 510642）

1 引 言

我校對(duì)電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了全面修訂，本專(zhuān)業(yè)是工程光學(xué)、光電子技術(shù)、激光原理與技術(shù)、光電子器件、微電子技術(shù)基礎(chǔ)、集成電路設(shè)計(jì)相互滲透而形成的高新技術(shù)學(xué)科。電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生應(yīng)該具備較強(qiáng)工程實(shí)踐能力和跟蹤電子科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展動(dòng)態(tài)，能夠在電子、通信、半導(dǎo)體技術(shù)與器件、光電測(cè)控與傳感、光電子信息等部門(mén)，從事研究、開(kāi)發(fā)、教學(xué)、管理、具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，成為科技興農(nóng)的主力軍。從此次培養(yǎng)方案的調(diào)整來(lái)看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也要做相應(yīng)的改革。

工程光學(xué)是該專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課程，包括兩部分內(nèi)容，一部分是從光線與幾何學(xué)的角度描述光的傳輸及其成像特征的幾何光學(xué),另一部分是從電磁波角度描述光的本性和其傳播規(guī)律的物理光學(xué)[1]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不但能夠培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力，而且能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，因此如何有效地改革工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，顯得尤為重要。

2 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以教學(xué)為中心，要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的要求，按部就班一步步地做實(shí)驗(yàn)，就可以完成一個(gè)驗(yàn)證型的實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)，只能讓學(xué)生熟悉基本的操作技能，沒(méi)有時(shí)間和空間來(lái)發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力，收效甚微。因此，必須改變這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，以學(xué)生為中心，在學(xué)習(xí)過(guò)程中充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新精神[2]。

為此，在制定實(shí)驗(yàn)教材時(shí)，應(yīng)淡化實(shí)驗(yàn)原理、過(guò)程和實(shí)驗(yàn)儀器的介紹，在安排具體的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師給出實(shí)驗(yàn)達(dá)到的結(jié)果，對(duì)于實(shí)驗(yàn)具體方案，需要哪些實(shí)驗(yàn)儀器，以及具體的實(shí)驗(yàn)步驟都交給學(xué)生思考，按照實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)生就會(huì)提前利用課余時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備，認(rèn)真查閱相關(guān)資料，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，充分消化理解，讓學(xué)生主動(dòng)自主學(xué)習(xí)。通過(guò)這樣的安排實(shí)驗(yàn)教材，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，豐富學(xué)生的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

另外，在“以學(xué)生為中心，寬口徑，厚基礎(chǔ)”的培養(yǎng)模式下，我院對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開(kāi)放管理，并建立了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以自己選擇做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，可以一個(gè)人做也可以多人合做，做完實(shí)驗(yàn)后由指導(dǎo)老師檢查合格后才算完成。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)老師的指導(dǎo)下，可以充分利用實(shí)驗(yàn)室資料，為優(yōu)秀學(xué)生提供大型綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，廣泛接觸學(xué)生，了解學(xué)生，有助于進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量[3-4]。

3 增加綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

我校工程光學(xué)的教學(xué)是由兩個(gè)學(xué)期完成的，在第二學(xué)期末，增加工程光學(xué)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，目的是要求學(xué)生綜合運(yùn)用光學(xué)知識(shí)完成相應(yīng)的工程實(shí)踐項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容是選擇實(shí)驗(yàn)方法、手段的重要依據(jù)，也是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)、提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)模式和工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的要求，更新了實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，剔出了一些陳舊過(guò)時(shí)的題目，增加了一些代表新技術(shù)趨勢(shì)的題目，力求做到高起點(diǎn)，有創(chuàng)新，具有前瞻性。

3.1 運(yùn)用激光干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)微位移的測(cè)量

以激光干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)微位移的測(cè)量為例，原理采用邁克爾遜白光干涉系統(tǒng)如圖1所示，激光通過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)L1提供入射的平面波，此平面波經(jīng)分光棱鏡BS分為二束，一束經(jīng)參考鏡M1，反射后成為參考光束；另一束為透射光，經(jīng)測(cè)量鏡M2反射，此二束光在BS上相遇，由于激光的相干性，因而產(chǎn)生干涉條紋，將干涉條紋通過(guò)成像透鏡成像在光電探測(cè)器上（COMS）,通過(guò)圖像采集卡，將光信息送到計(jì)算機(jī)處理，并編寫(xiě)相應(yīng)的圖像處理軟件，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)微位移的測(cè)量。這是一個(gè)集光、電、信息技術(shù)于一體的綜合性的實(shí)驗(yàn)，這樣的實(shí)驗(yàn)我們要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，用光學(xué)器件設(shè)計(jì)光路，調(diào)整光學(xué)器件的位置，組成邁克爾遜干涉儀的基本光路，將干涉的光信息通過(guò)數(shù)據(jù)線送到圖像采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，最后通過(guò)編程由計(jì)算機(jī)顯示設(shè)備顯示位移量的測(cè)量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們深刻地認(rèn)識(shí)到不僅要掌握好光學(xué)知識(shí)，而且數(shù)字圖形圖像處理學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)也都要精通，才能夠完成一個(gè)完整的光學(xué)測(cè)量。

圖1.邁克爾遜干涉系統(tǒng)

3.2 偏振光的產(chǎn)生與檢測(cè)

光的偏振尤其是光波在晶體中的行為鮮明地表現(xiàn)出光波是橫波這樣一個(gè)特性，在光學(xué)工程和科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[5]。對(duì)偏振光的產(chǎn)生和檢測(cè)，我們進(jìn)行了改革，光通過(guò)起偏器、LN電光晶體的同時(shí)，給電光晶體上加一個(gè)音頻信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)電光晶體后就變成了調(diào)制的光信號(hào)，通過(guò)1/4波片，檢偏器后，在傳播方向上用光電探測(cè)器接收信號(hào)，然后進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、解調(diào)、檢波、放大，最后送到揚(yáng)聲器將信號(hào)還原。實(shí)驗(yàn)不僅讓學(xué)生懂得了光的偏振現(xiàn)象，同時(shí)使學(xué)生掌握電光晶體的雙折射現(xiàn)象，如何測(cè)量LN電光晶體的半波電壓，以及1/4波片的性質(zhì)，并驗(yàn)證了光通信。這樣的實(shí)驗(yàn)綜合運(yùn)用光學(xué)、電子技術(shù)、通信技術(shù)等知識(shí)，同學(xué)們通過(guò)完成實(shí)驗(yàn)，深深地感受到不但能夠深刻理解和鞏固所學(xué)的知識(shí)，而且能夠激發(fā)創(chuàng)新思維和獨(dú)立思考問(wèn)題的能力，使學(xué)有所用，受益匪淺[6-8]。

4 利用學(xué)科優(yōu)勢(shì)培養(yǎng)高素質(zhì)人才

我校工程學(xué)院的“南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)” 實(shí)驗(yàn)室是教育部、農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室和廣東省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室的各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)備（例如多光譜成像儀、高光譜農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)裝置、拉曼光柵光譜儀等）、研究課題離不開(kāi)光學(xué)的基本理論和研究方法，教師在教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)工程中，充分利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，并結(jié)合科研課題讓學(xué)生了解與工程光學(xué)相關(guān)的一些研究項(xiàng)目和具體應(yīng)用，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)了學(xué)生科研型學(xué)習(xí)能力，并鼓勵(lì)一些優(yōu)秀學(xué)生參與到科研活動(dòng)中，發(fā)揮學(xué)生的才華，為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供學(xué)生力量[9-11]。

5 結(jié) 論

工程光學(xué)作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課程，在培養(yǎng)學(xué)生工程能力和提高素質(zhì)教育方面發(fā)揮重要作用。工程光學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工程光學(xué)教學(xué)過(guò)程中的重要組成部分，是樹(shù)立學(xué)生實(shí)踐觀念，培養(yǎng)分析解決實(shí)際問(wèn)題能力，啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維，提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。文中為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，通過(guò)不斷的改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，增加工程實(shí)踐的新內(nèi)容，利用學(xué)科優(yōu)勢(shì)培養(yǎng)高素質(zhì)人才，結(jié)合科研型實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，以“學(xué)生為中心”探索和總結(jié)出一套適合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)方法，有效地培養(yǎng)出適合社會(huì)需要的合格人才。

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